Узкие линии иттербия: новые частоты для квантовых часов экспресс
Свет, который атом испускает или поглощает, похож на отпечатки пальцев: у каждого элемента свой узор линий. В ионе иттербия (атоме, потерявшем один электрон) нашли три новые линии, которые раньше не использовали. Эти линии очень узкие — как тонкие щели в заборе, через которые видно далеко и чётко.
Узость линий связана с тем, что и верхнее, и нижнее состояния живут необычно долго. Обычно возбуждённый атом быстро сбрасывает энергию, как шарик, скатывающийся с горки. Здесь же шарик застревает на полке и может оставаться на ней миллисекунды — по атомным меркам это вечность. Такие долгоживущие состояния удобны для хранения квантовой информации: кубит не разрушится от случайного толчка.
Учёные измерили абсолютные частоты этих переходов с высокой точностью. Это как узнать точный адрес дома, чтобы потом безошибочно к нему возвращаться. Также измерили сдвиги частоты у разных изотопов (атомов с разным числом нейтронов) и сверхтонкую структуру — крошечные расщепления линий из-за взаимодействия электрона с ядром.
Одно из новых состояний оказалось особенно привлекательным: его можно возбудить лазером, и оно живёт долго, потому что распадается медленным магнитным излучением. Это идеальный кандидат для долгоживущего кубита — ячейки квантового компьютера. Новые узкие линии дополнят уже известные и помогут строить более точные часы и искать отклонения от Стандартной модели физики.
Иттербий назван в честь шведского города Иттербю, где нашли минерал с этим элементом. В этом же карьере открыли ещё три элемента: иттрий, тербий и эрбий.